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基于树种分类的帽儿山阔叶混交林树高⁃胸径模型

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应用生态学报 2024年第2期35卷 307-320页

作者：曹晓梅苗铮郝元朔董利虎东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

天然林的林分结构复杂、物种多样性丰富,为分析林分生长与制定合理的森林经营决策方案带来了巨大的挑战。树高⁃胸径关系对于预测林分生长、制定森林管理经营措施具有重要意义。本文基于48块帽儿山阔叶混交林样地的调查数据,根据树种结... 详细信息

天然林的林分结构复杂、物种多样性丰富,为分析林分生长与制定合理的森林经营决策方案带来了巨大的挑战。树高⁃胸径关系对于预测林分生长、制定森林管理经营措施具有重要意义。本文基于48块帽儿山阔叶混交林样地的调查数据,根据树种结构、生长特征及生态学特性将23个树种分为4个树种组,通过再参数化方法建立包含林分、林木竞争、树种混交情况及物种多样性变量的广义模型,并建立样地、树种组两水平混合效应模型,利用留一交叉验证法检验模型的预测能力。结果表明:Ratkowsky(1990)模型为最优基础模型,引入优势木平均高、大于对象木断面积之和、树种占比和Shannon指数能更好地解释帽儿山阔叶混交林树高⁃胸径关系;引入样地、树种组混合效应模型可显著提高模型的预测精度,Ra 2为0.83。此外,在相同梯度的环境因素下,喜光树种比耐荫树种表现出更高的树高。本研究利用所构建的树高⁃胸径模型分析了树种混交及树木功能性状对树高生长的影响,为精准预测阔叶混交林不同树种的树高以及进一步分析阔叶混交林分生长关系提供理论基础。

关键词：阔叶混交林树高⁃胸径模型树种划分混合效应模型

长白落叶松-水曲柳混交林单木叶面积预估模型

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南京林业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王越苗铮郝元朔刘鑫董利虎东北林业大学林学院

【目的】采用树木水平变量与单木竞争指标，使用非线性混合效应模型构建长白落叶松-水曲柳单木叶面积模型，为进一步研究林分生产力和树冠结构提供理论基础。【方法】选取黑龙江省尚志市不同比例长白落叶松-水曲柳混交林中111株落叶松以... 详细信息

【目的】采用树木水平变量与单木竞争指标，使用非线性混合效应模型构建长白落叶松-水曲柳单木叶面积模型，为进一步研究林分生产力和树冠结构提供理论基础。【方法】选取黑龙江省尚志市不同比例长白落叶松-水曲柳混交林中111株落叶松以及113株水曲柳，测量其叶面积。采用全子集回归法建立两树种的非线性单木叶面积预估模型。通过相对权重法分析各变量对模型的贡献。同时考虑样地对叶面积的随机影响，构建混合效应模型，并对模型进行评价。【结果】相对权重计算结果显示，在最优模型中，DBH对长白落叶松和水曲柳单木叶面积的影响最大。考虑样地层次随机效应的最优长白落叶松单木叶面积混合效应模型包括PCR（冠长率）、DBH（胸径）、PHDH（林木树高与林分优势木平均高之比），模型的调整后确定系数(Radj2)为0.89，均方根误差（RMSE）为11.68 m2，平均偏差（ME）为-0.2027 m2，平均绝对偏差（MAE）为7.9430 m2，预测精度（P）为99%；考虑样地层次随机效应的最优水曲柳单木叶面积混合效应模型包含PCR、DBH、PHDH、PCW（冠幅），模型的Radj2为0.87，RMSE为13.61 m2，平均偏差（ME）为-0.2817 m2，平均绝对偏差（MAE）为9.3976 m2，预测精度（P）为99%，都具有较好的拟合和预测效果。【结论】考虑样地水平的混合效应模型提升了两树种单木叶面积预测准确性，DBH是影响单木叶面积最大的变量，且在混交林叶面积模型中考虑林木竞争变量是有必要的，建立的模型可为准确预测长白落叶松和水曲柳单木叶面积提供技术支持，同时有助于深入研究林分的生长发育和树冠结构。

关键词：长白落叶松-水曲柳混交林相对权重混合效应经验线性无偏最优预测法叶面积

考虑样地效应的人工杨树立木可加性生物量模型构建

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生态学杂志 2024年

作者：李文博谢龙飞董利虎东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室

迎春5号杨树(Populus nigra×P. simonii)作为速生丰产林的重要树种之一，其生物量的准确估算有重要意义。根据胸径(DBH)和树高(H)对杨树各组分生物量影响分析，本文分别构建两类似乎不相关回归(SUR)模型和引入了样地随机效应的SUR混合... 详细信息

迎春5号杨树(Populus nigra×P. simonii)作为速生丰产林的重要树种之一，其生物量的准确估算有重要意义。根据胸径(DBH)和树高(H)对杨树各组分生物量影响分析，本文分别构建两类似乎不相关回归(SUR)模型和引入了样地随机效应的SUR混合效应(SURM)模型(SUR1和SURM1：以DBH为自变量；SUR2和SURM2：以DBH和H为自变量)，对比分析了SURM模型在实际应用中的预测精度。结果表明：加入H后，对于干、枝，叶改善较为明显(SUR模型R2提高了0.1%～1.6%，SURM提高了0.6%～7.0%)，对于皮和根改善较差。考虑样地水平随机效应后，枝、叶和根拟合效果改善较为明显，SURM模型各组分R2均提高了5.7%～16.5%，干和皮拟合改善效果较小。此外当预测生物量时，使用样地水平的混合效应模型SURM1，是要优于使用两个树木变量的SUR2模型，SURM1模型各组分拟合效果均优于SUR2模型(R2提高了0.2%～9.9%)，SURM模型对于迎春5号杨树各组分生物量拟合和预测效果都要比SUR模型精度更高，在实际中使用SURM模型进行生物量预测时，考虑到生物量数据获取的难度，最终确定随机抽取4棵树用于随机效应的校正。本文所提出的两类SURM模型适用于不同的数据类型，可为准确评估迎春5号杨树生物量提供基础支撑。

关键词：迎春5号杨树似乎不相关回归混合效应模型生物量模型校正

基于树种随机效应的东北林区主要针叶树种含碳量模型构建

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西部林业科学 2024年第3期53卷 169-178页

作者：谷子航马爱云谢龙飞董利虎东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040 北华大学林学院吉林吉林132013

为准确估算东北林区针叶树种含碳量,通过林木易测因子推算难于测定的单木含碳量。基于黑龙江省3种针叶树的129株解析木数据,分析4种树木各组分(即树干、树枝、树叶和树根)的含碳率差异,并采用似乎不相关回归(SUR)方法构建树木各组分一... 详细信息

为准确估算东北林区针叶树种含碳量,通过林木易测因子推算难于测定的单木含碳量。基于黑龙江省3种针叶树的129株解析木数据,分析4种树木各组分(即树干、树枝、树叶和树根)的含碳率差异,并采用似乎不相关回归(SUR)方法构建树木各组分一元含碳量SUR模型(SUR1)和二元含碳量SUR模型(SUR2),并在SUR模型的基础上引入树种混合效应,进而构建似乎不相关混合效应(SURM)模型(SURM1和SURM2)。采用随机抽样的方法选择样木构建校正样本,用于计算各个树种的随机效应参数,并评估模型在不同样本量下的预测能力。结果显示:(1)引入树种混合效应后,枝和叶的含碳量模型拟合效果改善较为明显,R^(2)a均提高17%以上,干和根含碳量模型的R^(2)a分别提高6%和13%;(2)SURM2在树干含碳量的拟合和预测精度上优于SURM1,在树叶、树枝和树根含碳量的拟合和预测精度上与SURM1差异不大;(3)当使用随机抽取的3棵株样木计算树种水平随机效应时,SURM模型的预测表现要优于SUR模型和仅考虑固定效应的SURM模型。在基础的SUR模型系统中引入随机效应可提高模型的预测精度。本研究推荐使用SURM模型预测东北林区3种针叶树含碳量,为东北林区针叶树种含碳量的估算提供参考。

关键词：含碳量针叶树似乎不相关混合效应模型模型校正预测

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长白落叶松含碳率分析及含碳量异速生长模型

应用生态学报 2022年第5期33卷 1166-1174页

作者：张悦谢龙飞董利虎东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

森林碳储量约占陆地碳储量的45%,准确评估森林碳储量对于森林的科学经营管理及规划具有重要意义。基于2015—2018年黑龙江省佳木斯市孟家岗、尚志帽儿山、小九林场以及东京、林口林业局的77棵人工长白落叶松的解析木数据,分析5种树木成... 详细信息

森林碳储量约占陆地碳储量的45%,准确评估森林碳储量对于森林的科学经营管理及规划具有重要意义。基于2015—2018年黑龙江省佳木斯市孟家岗、尚志帽儿山、小九林场以及东京、林口林业局的77棵人工长白落叶松的解析木数据,分析5种树木成分(即干材、树皮、树枝、树叶和树根)的含碳量分配及含碳率变化,构建了长白落叶松总量及各分项的一元及二元可加性含碳量模型,模型参数估计采用非线性似乎不相关回归模型方法,并采用“刀切法”对模型进行检验,评价其预测能力。结果表明:各分项加权平均含碳率差异显著,树枝(49.3%)>树皮(48.7%)>树叶(48.5%)>干材(48.2%)>树根(47.1%)。地上含碳量约占总含碳量的80%,地下含碳量约占20%。可加性含碳量模型的调整后确定系数R_(a)^(2)大于0.89,平均绝对误差(MAE)小于4.1 kg,绝大多数模型的平均绝对误差百分比(MAE%)小于30%。引入树高变量,可以有效地提高大部分含碳量模型的拟合效果和预测能力。其中,总量、地上、干材和树皮含碳量模型拟合效果较好,树枝、树叶、树根和树冠含碳量模型拟合效果相对较差。

关键词：含碳量长白落叶松可加性模型似乎不相关回归

基于贝叶斯似乎不相关回归方法的天然蒙古栎生物量模型构建

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应用生态学报 2022年第7期33卷 1937-1947页

作者：谢龙飞李凤日董利虎东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

以胸径和树高作为自变量,基于多元似然分析、似乎不相关回归等方法研建了黑龙江省天然蒙古栎可加性生物量模型系统。结果表明:树高显著提高了树干生物量模型的效果,决定系数(R^(2))从0.953提高到0.988,均方根误差(RMSE)减小14 kg,对树... 详细信息

以胸径和树高作为自变量,基于多元似然分析、似乎不相关回归等方法研建了黑龙江省天然蒙古栎可加性生物量模型系统。结果表明:树高显著提高了树干生物量模型的效果,决定系数(R^(2))从0.953提高到0.988,均方根误差(RMSE)减小14 kg,对树枝、树叶和树根生物量的影响并不显著。单变量(仅含胸径)和双变量(胸径、树高)幂函数形式的生物量模型系统的误差结构均为相乘型,表明对数转换后的线性模型形式更合适。树干、树枝、树叶、树根生物量模型的R^(2)分别为0.953~0.988、0.982~0.983、0.916~0.917、0.951~0.952,RMSE分别为13.42~27.03、6.84~7.00、1.95~1.97、9.71~9.84 kg。与广义最小二乘法(FGLS)相比,贝叶斯估计产生了相似的模型拟合效果,却提供了不同变异大小的参数估计值。FGLS各参数标准误为0.054~0.211,而使用Jeffreys不变先验的两种贝叶斯估计方法(DMC和Gibbs1)产生相似的参数变异(标准差为0.055~0.221);使用均值向量为0、方差为1000且协方差为0的多元正态先验(Gibbs2)和使用来自栎属树种生物量模型历史研究汇总的先验(Gibbs3)产生了更大的变异(标准差为0.080~0.278),使用自身数据获取的先验(Gibbs4)估计得到的各参数变异小于其他方法(标准差为0.004~0.013)。当使用Gibbs4法建立模型时,两类模型不仅能提供最窄的95%预测区间,还能产生更小的预估偏差,树干、树枝、树叶、树根和总生物量在单变量模型中的平均绝对偏差百分比(MAPE)分别为19.8%、24.7%、24.6%、29.0%和13.1%,树干和总生物量在双变量模型中的MAPE分别减小到10.5%和9.8%,其他组织MAPE未改变,表明Gibbs4法能提供更准确的生物量预测值。与传统回归方法相比,准确的先验信息使贝叶斯统计在估计稳定性和不确定性减小方面具有优势。

关键词：生物量可加性贝叶斯传统回归天然蒙古栎

基于小信号模型的并网逆变器虚拟同步发电机控制研究

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基于小信号模型的并网逆变器虚拟同步发电机控制研究

作者：董利虎沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,在国家政策和“双碳”目标等多重因素的推动下,随着风光等清洁低碳的可再生能源大量接入电网,电力系统表现出明显的“双高”特征。然而,由于可再生能源发电系统输出功率的间歇性和不确定性,以及缺少有利于保持系统稳定性的惯量... 详细信息

近年来,在国家政策和“双碳”目标等多重因素的推动下,随着风光等清洁低碳的可再生能源大量接入电网,电力系统表现出明显的“双高”特征。然而,由于可再生能源发电系统输出功率的间歇性和不确定性,以及缺少有利于保持系统稳定性的惯量和阻尼,在功率波动和系统故障等情况下给系统高效和稳定运行带来了巨大的挑战。借鉴传统同步发电机惯量与阻尼特性,并将同步发电机的相关控制方案应用到并网逆变器的控制环节中,提出了改变电力电子逆变器控制方式的虚拟同步发电机技术(Virtual Synchronous Generator,VSG),有效地改善了可再生能源发电系统输出波动性与稳定性。本文以并网逆变器VSG为研究对象,主要研究内容如下:首先,梳理归纳传统逆变器控制策略,由此引出新兴的并网逆变器VSG控制技术。给出传统同步发电机的定子电气与转子机械特性方程,介绍VSG系统拓扑结构的物理电路部分和控制部分,以及核心的VSG控制算法,并结合特性方程与控制原理设计了VSG的功频与励磁控制器。然后,针对引入并网逆变器VSG控制技术的稳定性问题,提出了包括所有状态变量的VSG单机以及多VSG并联系统的小信号数学建模方法,通过变参数的系统特征根轨迹分析,得到了包括虚拟转动惯量J、虚拟阻尼系数D和线路电阻R和电感L在内的参数对并网逆变器VSG控制系统特征根的影响规律,并分析了参数变化对系统稳定性的影响。相关的仿真结果验证了分析结果的正确性。最后,针对功率扰动情况下系统输出存在有功功率和频率超调与振荡问题,在现有VSG控制策略的基础上,通过分析并网逆变器的功角曲线和虚拟角频率振荡曲线确定VSG控制参数虚拟转动惯量J和虚拟阻尼系数D的选取原则,根据选取原则提出了控制参数J和D协同自适应控制策略。相关的仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：并网逆变器虚拟同步发电机小信号模型稳定性分析自适应控制

基于TLS的抚育间伐对长白落叶松干形的影响

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 85-94页

作者：高谢雨董利虎郝元朔东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040

【目的】探究利用地基激光雷达技术(Terrestrial Laser Scanning,TLS)评价树干形状的可行性,并分析不同间伐方案对人工黄花落叶松(长白落叶松,Larix olgensis)干形的影响。【方法】在黑龙江省佳木斯市孟家岗林场选取5块采用不同间伐处... 详细信息

【目的】探究利用地基激光雷达技术(Terrestrial Laser Scanning,TLS)评价树干形状的可行性,并分析不同间伐方案对人工黄花落叶松(长白落叶松,Larix olgensis)干形的影响。【方法】在黑龙江省佳木斯市孟家岗林场选取5块采用不同间伐处理方案的长白落叶松人工林样地进行地基激光雷达扫描,对预处理后的点云进行单木分割与单木枝干分离,并进一步提取出单木胸径、树高及不同高度处直径等参数,最终计算单木干形的指标并进行理论造材,分析不同间伐方案对人工长白落叶松干形及林分经济价值的影响。【结果】通过与样地实测单木数据对比,基于TLS数据提取得到的单木特征参数精度较高,胸径提取的平均误差仅为-0.39 cm,平均绝对误差百分比达到2.86%,树高提取的平均误差为-0.26 m,平均绝对误差百分比为3.12%;所有间伐措施均能提高林木的胸径和材积,而树高在不同间伐方案之间没有明显差异;林木的干形指标如胸高形数(f_(1.3))、胸高形率(q_(2))及材积分配方式等在不同的间伐方案中表现有所不同,两次高强度间伐的方式使树干材积更多地分配在树干中部;同一林分内不同大小的树木之间干形并无显著性差异;不同的间伐方案对树木根张程度并无影响;不同的间伐方案均可以不同程度的提高林分经济价值。【结论】地基激光雷达对单木参数提取精度较高,能够在无损情况下获取较为准确的单木干形特征;不同间伐方案对树木干形及林分经济价值有不同程度的影响,两次高强度间伐可以最大限度地提升林分的经济价值。

关键词：长白落叶松抚育间伐地基激光雷达干形

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长白落叶松含碳率及含碳量异速生长模型

应用生态学报 2022年

作者：张悦谢龙飞董利虎东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室

森林碳储量约占陆地碳储量的45%，准确评估森林碳储量对于森林的科学经营管理及规划具有重要意义。基于2015—2018年黑龙江省佳木斯市孟家岗、尚志帽儿山、小九林场以及东京、林口林业局的77棵人工长白落叶松的解析木数据，分析5种树木... 详细信息

森林碳储量约占陆地碳储量的45%，准确评估森林碳储量对于森林的科学经营管理及规划具有重要意义。基于2015—2018年黑龙江省佳木斯市孟家岗、尚志帽儿山、小九林场以及东京、林口林业局的77棵人工长白落叶松的解析木数据，分析5种树木成分（即干材、树皮、树枝、树叶和树根）的含碳量分配及含碳率变化，构建了长白落叶松总量及各分项的一元二元可加性含碳量模型，模型参数估计采用非线性似乎不相关回归模型方法，并采用“刀切法”对模型进行检验，评价其预测能力。结果表明：各分项加权平均含碳率差异显著，树枝（49.3%）>树皮（48.7%）>树叶（48.5%）>干材（48.2%）>树根（47.1%）。地上含碳量约占总含碳量的80%，地下含碳量约占20%。可加性含碳量模型的调整后确定系数R;大于0.89，平均绝对误差（MAE）小于4.1 kg，绝大多数模型的平均绝对误差百分比（MAE%）小于30%。引入树高变量，可以有效地提高大部分含碳量模型的拟合效果和预测能力。其中，总量、地上、干材和树皮含碳量模型拟合效果较好，树枝、树叶、树根和树冠含碳量模型拟合效果相对较差。

关键词：含碳量长白落叶松可加性模型似乎不相关回归